鏡頭光圈&解像力

本篇在於了解鏡頭光圈與解像力對影像之影響為何?探討不同光圈值對相機所拍攝影像銳利度的影響程度。

應用設計:

  • 以ISO 12233導表作為銳利度評估的對象,使用4×5機身(Horseman)搭配信乃達 (Schneider) Apo – Symmer 5.6/240、Makro – Symmer 5.6/180 mm、羅敦司得(Roden Stock)Apo – Sironar 5.6/210、5.6/150 mm鏡頭進行拍攝。
  • 如圖3A-1所示將ISO 12233導表固定於黑布覆蓋之高密度珍珠板(2 cm)面上,垂直於地面成90度並與相機鏡頭平行,兩側分別在45度架設上下兩盞燈光且分別連接2個3200W電筒。
  • 拍攝之底片感光度與快門速度均設定為ISO50及1/60秒,相機部分則固定在大型專業用腳架(FOBA)上,檢測相機前後面板上所裝置之水平儀使其呈現在水平狀態並使鏡頭光軸準直於ISO 12233導表中心。
  • 以Sekonic L- 408測光表測量四邊和中心點之曝光量,並檢視受光已達均勻後,分別以f 8、f 11、f16、f 22、f 32 光圈進行拍攝。
  • 最後在液晶螢幕(EIZO CG 243CW)上進行放大100 % 影像焦距(準焦)檢視通過後成為合格影像。

圖3A-1 ISO12233導表拍攝

  • 銳利度評估軟體以Imatest(SFR)程式為主,利用空間頻率響應(SFR)分析ISO 12233導表中央上方的五度歪斜的黑色矩形,獲得取像系統的解像力評價檢測出光圈對影像銳利度的影響。
  • 並以MTF50 LW/PH數值的大小與視覺解像力成正比關係,判定取像系統的解析能力,本視窗將以這個指標,判定不同鏡頭能夠獲得最高解像力的最佳光圈大小,找出不同口徑鏡頭之最佳光圈。
  • MTF50 LW/PH 是相機MTF曲線在 SFR(MTF)值為5時所對映的影像空間頻率,影像空間頻率以 Line Widths/Picture Height(LW/PH)為單位,NLW/PH也就是將數位影像的高作均勻分割N分的頻率(解析度),數位相機最高的LW/PH值即等於數位影像高(height)的畫素數量。
  • 為避免影像擷取軟體的銳化處理,影響鏡頭解像力的評估,此階段測試將軟體的銳化處理功能暫行關閉。

操作流程:

  • 固定測試導表(ISO 12233 Char),與地面垂直90度。
  • 相機定位以大型專業腳架固定,鏡頭光軸垂直並平行於測試導表中心。
  • 導表兩側45度角分別架設上、下兩盞燈光。
  • 以導表中心為主,使用測光表進行測光。
  • 測試導表曝光量控制為正常曝光(EV = 0)。
  • 分別以f 8、f 11、f16、f 22、f 32光圈值進行鏡頭測試。
  • 解除機背參數設定,拍攝 ISO 12233導表。
  • 使用 Imatest(SFR)程式評量,取得最高MTF50 LW/PH值。

技術分析:

  • 以解除影像擷取軟體的銳利度參數設定,分別使用f 8、f 11、f 16、f 22、f 32、f 45光圈值拍攝ISO12233導表。
  • 再利用Imatest軟體分析所拍攝的導表影像,測試出最高MTF50之LW/PH值。
  • Schneider Makro – Symmer 5.6/180 在不同光圈時的SFR頻譜圖,可以看出小光圈(f32)時的中頻較弱,但超過Nyquist頻率的MTF值也較低,不容易發生疊紋現象。

圖 3A-2 實線是鏡頭不同光圈下的SFR曲線&虛線是標準銳化處理的SFR曲線

  • 表3A-2列出了二個鏡頭的光圈值與MTF50LW/PH 線數的關係。
  • 可看出在解除影像擷取軟體銳化處理的狀況下,四種鏡頭的銳利度普遍不足30%左右。
  • 以系統MTF50 LW/PH 線數當指標,各鏡頭的最高數值相應的光圈大小不盡相同,與焦距和廠牌都沒有直接的關係。
  • f值的大小在攝影方面,只代表景深的長與短與解像力並無直接關係。
  • 通常鏡頭的好壞除了解析度高低、色彩還原性及f值大小與解像力高低的差異關係。
  • 數位擷取對鏡頭測試結果顯示:傳統底片(大底片及銀鹽關係)對於鏡頭要求不如現在數位時代小面積(CCD、CMOS)擷取對鏡頭要求那麼高,尤其在鏡頭繞射情形f值越大時繞射越嚴重,相對解析度越低。

 

圖 3A-3 實線是鏡頭不同光圈下的SFR曲線&虛線是標準銳化處理的SFR曲線

 

結論:經由4×5相機鏡頭測試結果顯示,光圈與高階數位機背銳利度參數對影像銳利度影響為:不同傳統4×5鏡頭能夠達到最佳解像力的光圈值各有不同,焦距較長的鏡頭解像力較佳,反之,焦距較短的鏡頭解像力則稍差。

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